木卫二的冰面可能在黑暗中发光

科学家本周在《自然天文学》杂志上发表报告称，木星卫星木卫二的夜晚一侧可能会在黑暗中发光。

当研究人员向冰样本发射电子束以模拟定期冲击木卫二寒冷表面的辐射时，他们注意到冰发出微弱的光芒，这种光芒取决于冰中存在的矿物质。美国宇航局的木卫二快船探测器几年后到达遥远的卫星时，也许能够观察到同样的现象——也许可以用它来调查木卫二是否具有适宜生命生存的条件。

到目前为止，我们已知的唯一一个在夜间发光的天体是地球；美国宇航局喷气推进实验室的实验室天体物理学家穆尔蒂·古迪帕蒂说，人类用来照明的电力可以从国际空间站看到。“由于木卫二的位置和地质特征，它可能与地球非常相似，因为我们的系统中还有第二个在夜间发光的物体，”古迪帕蒂说，他于 11 月 9 日发表了这一发现。

木卫二被厚达数英里的冰壳覆盖，科学家认为这层冰壳下是一片深达 40 至 100 英里的海洋。这颗卫星还受到来自木星强磁场的大量带电粒子的侵袭；这种辐射对站在木卫二表面的人类来说是致命的。而这只有在人类能够承受平均 100 开尔文（-279.67 华氏度）的卫星表面温度的情况下才会发生。“这是我们太阳系中非常独特的地方，”古迪帕蒂说。“由于这些海洋的存在，它是最有可能宜居的行星之一，而且它所处的外部环境也是最恶劣的。”

他和同事想要了解带电粒子撞击木卫二表面时会发生什么。他们向代表木卫二表面不同可能性的冰芯发射电子束，并用摄像机拍摄结果。研究人员看到，当电子撞击纯水冰时，冻结的液体会发出带有淡蓝绿色色调的白色光芒。当被照射的冰中含有硫酸镁（泻盐）时，这种光芒会更亮。含有氯化钠（海盐）的冰光芒要暗淡得多，没有任何彩色色调。经过进一步研究，科学家发现从冰发出的光主要是白色，但水冰发出的光中绿色波长略多，泻盐冰发出的光是红色，海盐冰发出的光是蓝绿色。

之所以会发光，是因为当电子撞入冰中时，它们会为冰提供能量。然后，冰冻的水会以光的形式释放出部分能量，不同的原子和分子会发出不同波长的光。

古迪帕蒂说，北极光也发生了类似的过程。在我们看来，极光呈现出强烈的绿色色调，因为大气中的氧气有足够的空间发光，而不会与其他物质相互作用。发光冰的成分更致密，种类​​更多；可能有几种化合物不断发光，这些化合物混合在一起形成一种主要呈白色光芒。

“在冰中，原子与原子之间没有空隙；就像海狮在晒太阳一样，它们无法四处移动，”古迪帕蒂说。“冰中挤满了人，每个激发的原子或分子都会与周围环境相互作用。”

他和同事估计，如果木卫二表面像他们实验中的冰一样在夜晚发光，那么木卫二快船计划中的仪器很可能能够在飞船飞驰而过时探测到它。这项任务将于 2020 年代中期启动，通过分析木卫二夜间发出的光辉，科学家可以借此了解木卫二是否适合生命生存。

当木卫二撞击海底时，它的海洋可能会与岩石基底相互作用，产生对生命至关重要的矿物质。其中一些矿物质最终会进入覆盖木卫二海洋的冰层。这个寒冷的外壳上几乎没有陨石坑，这表明它的表面很年轻。“那些撞击坑以某种方式被清理了，而这种清理只有在内部和表面之间发生交换时才会发生，”古迪帕蒂说。

根据冰发光的亮度和它发出的光的波长，科学家可以确定它的化学成分。“表面的物质可能带有一些指纹，表明这些物质在海洋中随时间流逝。”古迪帕蒂说。